原子级设计稳定了下一代太阳能电池

文章作者:海莉·邓宁

太阳能电池利用太阳能，为化石燃料等不可再生能源提供了替代方案。然而，由于昂贵的制造工艺、低效率或将太阳光转化为可用能源的数量，太阳能电池处于劣势。

一种利用有机卤化铅钙钛矿这种吸光材料的新型太阳能电池已显示出巨大的前景。这种太阳能电池比传统的硅太阳能电池更灵活，制造成本也更低。

然而，钙钛矿电池在自然条件下降解很快，在几天内就大大降低了性能。这是它们目前没有被广泛使用的原因之一。

此前，由伦敦帝国理工学院化学系的科学家领导的一个团队发现，这种分解是由于破坏钙钛矿材料的“超氧化物”的形成。这些超氧化物是在光线击中电池释放电子时形成的，电子随后与空气中的氧气发生反应。

现在，在发表于自然通讯研究小组已经确定了超氧化物是如何形成的，以及它们是如何破坏钙钛矿材料的，并提出了可能的解决方案。

熨平缺陷

与巴斯大学的Christopher Eames博士和Saiful Islam教授合作，该团队发现钙钛矿结构中的空间有助于超氧化物的形成，而钙钛矿的结构通常被碘化物分子占据。虽然碘化物是钙钛矿材料本身的组成部分，但碘化物缺失的地方存在缺陷。这些空白点随后被用于形成超氧化物。

研究小组发现，在生产后添加额外的碘化物确实提高了材料的稳定性，但一个更持久的解决方案可能是通过设计消除碘化物缺陷。

这项新研究的主要作者尼古拉斯·Aristidou博士生的研究小组在帝国的赛义夫Haque化学博士,说:“确定后碘化缺陷生成过氧化物的作用,我们可以成功地提高材料稳定额外的碘离子填补空缺职位。这为通过控制缺陷的类型和密度来优化材料的稳定性开辟了一条新途径。”

帝国理工学院化学系的首席研究员哈克博士补充说:“我们现在提供了一条途径，可以在原子尺度上理解这一过程，并允许设计具有更高稳定性的设备。”

目前，保护钙钛矿电池不受空气和光线破坏的唯一方法是将其封装在玻璃中。然而，钙钛矿太阳能电池是用柔韧性材料制成的，可用于多种场合，因此玻璃外壳严重限制了它们的功能。

“玻璃外壳限制了移动，增加了细胞的重量和成本。改善钙钛矿电池材料本身是最好的解决方案，”哈克博士说。

研究小组希望接下来能在真实环境中测试这些细胞的稳定性。这些细胞将同时暴露在氧气和水分中，在更相关的情况下测试细胞。